螺旋压缩弹簧应力松弛的动态研究及服役寿命预测

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1、摘要应力松弛是金属材料中一种普遍存在的现象，是各种弹性元件及构件的主要失效形式之一。然而，对于弹簧应力松弛测试方法尚缺乏统一的标准，对其松弛机制及产生条件亦有待进一步深入研究。因此，探寻测定弹簧应力松弛特性的可靠方法，研究弹簧应力松弛性能的变化规律、寻求有效的预防技术，对提高零件的质量、延长零件使用寿命和整套设备的运行可靠性等，都有重要的技术经济意义。为了研究螺旋压缩弹簧应力松弛的规律，从而实现对弹簧服役寿命的可靠预测，本论文首先自行设计了一套弹簧应力松弛动态在线测试装置。该装置实现了在室温至200℃下弹簧应力松弛的连续、带温测量并自动记录数据与

2、显示松弛曲线，显著提高了测试精度。利用该装置研究了T9A弹簧和60Si2Mn弹簧在80---200"C不同温度下应力松弛行为，获得了应力松弛动力学方程。同时，研究了弹簧在不同初载荷下的松弛特性，分析计算了松弛过程的激活能，据此可以推算出在一定范围内某一温度和时间下的应力松弛指标，为螺旋压缩弹簧的寿命评判提供了可靠的实验依据。借助于光学显微镜、透射电镜研究了应力松弛过程的微观组织变化过程，并结合松弛热力学和动力学特点，对应力松弛机理进行了探讨。研究结果表明，弹簧的应力松弛分为两个阶段，在室温至200"C范围内满足Arrhenius方程，因此可以在室

3、温以上的有效温度范围内实现在短期内对弹簧室温下服役寿命的预测；通过对弹簧松弛过程中的微观结构变化的观察及分析，认为应力松弛是以弹性应变能作为驱动力的位错运动和原子扩散的热激活过程，是位错排列、应力分布和亚结构趋向均匀化，材料内部组织和性能趋向稳定化的过程。关键词：螺旋弹簧：应力松弛；松弛装置；松弛动力学；寿命预测；松弛机理ABSTI认CTThestressrelaxationinmetallicmaterialsisaeolRmonphenomenon，andoneofthemostimportantfailureformsoftheelasti

4、celements．However,therearenostandardsofstressrelaxationtestingforsprings．Likewise，itshouldbefurtherresearchontherelaxationmechanismand也econditionswhenStreSSrelaxationoccurs．Therefore，investigationsonStreSSrelaxationpropertyandpreventingtechnologyarethemostimportantforimprovin

5、gthequality,lengtheningtheservicel谂ofaccessories，ensuringthereliabilityoftheequipment,whichhasahugesignificanceoftechnologyandeconomy．Inordertostudytheruleofthestressrelaxationofhelicalcompressspringandrealizetheevaluationofitsservicelife，thepaperdesignedanewtypeofdeviceforth

6、estressrelaxationdynamictesting，，nlisdeviceachievedacontinuousmeasurementandautomaticdatarecordingaswellastherelaxationcurvedisplayedforspringstressrelaxationatthetemperaturefromambienceto300℃．Theresultsshowthattheprecisionsofexperimentsaleimprovedremarkablybyadoptingthenewte

7、stingdevice．Thedynamicalequationsofthestressrelaxationforthehelicalcompressspringsmadeby60Si2MnandT9Ahavebeendeducedatthetemperatureof80～200℃．Thecalculationandanalysisofthestress-relaxationenergyOVerthetemperatureinvolvedareperformed．Furthermore，thecharacteristicsofstressrela

8、xationforthespringatdifferentappliedloadshavebeenstudied．Accordingto